DE19635152A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines außen verzahnten Getriebeteiles - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines außen verzahnten Getriebeteiles gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches und auf eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 4 und 5.

Außenverzahnte Getriebe sind z. B. als Schwungräder für Schaltgetriebe oder Anlasser im Kraftfahrzeugbau in großem Umfang im Einsatz. Bisher wurden derartige Getriebeteile ent­ weder dadurch hergestellt, daß z. B. die Schwungräder zweitei­ lig ausgebildet waren. Hierbei wurde die Schwungradscheibe aus kaltverformtem Blech hergestellt und die Außenverzahnung in einem gesonderten Ring mittels spanabhebender Formung gebildet. Der Ring wurde dann an der Schwungradscheibe an­ geschweißt. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß sie kostenaufwendig ist und daß durch das Schweißverfahren Materialveränderungen in das Schwungrad eingetragen werden, die nicht voll zu überblicken sind.

Um das Gesamtgewicht eines Getriebeteiles bei ausreichender Festigkeit sowohl im Scheibenbereich als auch im Bereich der Außenverzahnung herabzusetzen, ist bereits in der EP-0 333 917 A2 vorgeschlagen worden, daß die Außenverzahnung aus einem vor deren Formung gegenüber dem Blechrohling verdick­ ten Randbereich desselben gebildet ist, derart, daß der Quer­ schnitt der Außenverzahnung größer ist als der Querschnitt ei­ ner entsprechend langen Ringzone mit der Blechstärke des Blechrohlings.

Hierzu wird vor der Formung der Außenverzahnung der betref­ fende Randbereich mittels geeigneter Blechverformungsverfah­ ren, wie Stauchung od. dgl. verdickt, wodurch Gefügeände­ rungen in das Material eingetragen werden. Da für diese Ge­ triebeteile üblicherweise Kohlenstoffstahl eingesetzt wird, tritt eine zwangsläufige Härtung ein, die für das nachfolgende Bear­ beitungsverfahren nachteilig ist. Die Ausbildung der Zähne wird bei dieser Ausführungsform dann durch ein Einhämmern der Zähne nach einem ebenfalls zum Stand der Technik gehören­ den Verfahren durchgeführt. Diese zweitgenannte Verfahrungs­ weise hat weiterhin den Nachteil, daß es immer wieder vor­ kommen kann, daß die Zahnflanken nicht ausreichend tragfähig sind, so daß bei hohen Belastungen ein Brechen der Zähne auftreten kann. Außerdem hat die bekannte Anordnung den Nachteil, daß die Zähne nicht nur auf der Außenseite des Randbereiches der Ronde ausgebildet sind, sondern auch nach hinten zum Innenraum der Ronde eine zahnartige Wellung die­ ses Randbereiches erfolgt, so daß hierdurch bei Umlauf des Rades eine ganz erhebliche Geräuschentwicklung eintritt.

Aus der EP-0 140 576 A1 ist ein Schwungrad bekanntgewor­ den, das aus einem Preßteil, d. h. einem Vorzug, hergestellt wird, wobei die an der Außenseite eines sich axial erstrecken­ den Teiles vorgesehenen Zähne durch Walzen hergestellt wer­ den. Die Zeichnung zeigt dieses Bauteil so, als ob der Innen­ kranz der Zähne glatt ausgebildet ist. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß von einem Vorzug ausgegangen wird, wobei die Wandstärke des sich axial erstreckenden zylindrischen Berei­ ches genau der Wandstärke der Nabenfläche entspricht, so daß entweder der Fußkranz des Zahnkranzes zu dünn und zu schwach ist, so daß ein Brechen der Zähne eintreten kann oder aber die Nabenfläche ist zu dick, so daß hier eine Materi­ alverschwendung und eine unerwünschte Gewichtserhöhung eintritt.

Aus der DE-40 06 582 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung ei­ nes Zahnrades bekannt, bei welchem die Zahnrolle um eine Achse umläuft, die in Umfangsrichtung des zu bearbeitenden Werkstückes steht und bei welchem die Umformarbeit in eine Vielzahl von Einzelumformschritten aufgelöst ist, d. h. die Zähne werden in den Rand des Werkstückes eingehämmert, so daß eine Gefügezerstörung auftritt, d. h. der Faserverlauf des Me­ talls wird zerstört und hier können später Brüche auftreten.

Auch bei der Verfahrensweise gemäß der DE-39 32 823 C1 werden die Zähne in eine axiale Fläche eingedrückt, deren Stärke der Wandstärke der Nabenfläche entspricht.

Aus der US-A-42 73 547 ist ein Verfahren zur Herstellung von Riemenscheiben oder Poly-V-Scheiben bekanntgeworden, bei welchem eine Metallronde in einem ersten Verfahrensschritt tiefgepreßt wird, so daß ein topfartiges Preßteil erzielt wird. Dieses Preßteil weist im Bereich der Nabenfläche und im Be­ reich der sich koaxial, d. h. im wesentlichen senkrecht zur Na­ benfläche erstreckenden zylindrischen Fläche die gleiche Wandstärke auf. Anschließend ist es erforderlich, den Randbe­ reich der gebildeten zylindrischen Flächen fein zu bearbeiten. Als nächster Verfahrensschritt schließt sich ein sogenanntes "Kollapsen" der zylindrischen Randfläche an. Durch dieses "Kollapsen" wird die zylindrische Randfläche durch Verformung in ihrer Höhe reduziert, wobei gleichzeitig der Randbereich zwi­ schen der Nabenfläche und der zylindrischen Fläche eingefaltet wird. Der so kollapste Randbereich wird dann über eine Zu­ drückrolle umgeformt und zusammengedrückt.

Dieses bekannte Verfahren benötigt also im wesentlichen fünf aufeinanderfolgende, unbedingt erforderliche wesentliche Bear­ beitungsschritte, wobei die für das Kollapsen aufzuwendenden Kräfte erheblich sind, so daß große maschinelle Aufwendungen erforderlich sind.

In der EP-A-343 314 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Riemenscheibe beschrieben, bei der eine Metallronde in ihrem Umfangsbereich bordiert und anschließend die Bordierung zur Bildung einer Auflagefläche flachgedrückt wird, wobei dann in die so gebildete Auflagefläche in Umfangsrichtung verlaufende Nuten eingearbeitet werden oder es ist auch möglich, Querver­ zahnungen in diese Auflagefläche einzubringen, so daß eine querverzahnte Riemenscheibe erstellt wird. Da der Werkstoff der Bordierung aber zur Bildung der Auflagefläche bereits ver­ dichtet ist, sind besondere Anforderungen an die Herstellung der Verzahnung gestellt, d. h. die Verzahnung wird in ein ver­ dichtetes Metallteil eingebracht.

Aus der gattungsbildenden DE 42 05 711 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines außen verzahnten Präzisionsgetriebeteiles aus einer Metallronde bekanntgeworden mit einer Nabenfläche und einem umlaufenden, aus einem Fußkranz und daran nach außen vorstehenden Zähnen gebildeten Zahnkranz, der sich im wesentlichen senkrecht zur Nabenfläche erstreckt, wobei die Metallronde in ihrem Umfangsbereich bordiert und die Bordie­ rung unter gleichzeitiger Bildung der Zähne in einem Aufnahme­ raum einer Zahnrolle flachgedrückt, d. h. spanlos geformt wird. Hierbei wird nach dem Bordieren eine Zahnrolle auf die Bordie­ rung zugestellt und durch weiteres Zustellen der Zahnrolle die Bordierung in den Zwischenraum zwischen den Zähnen hinein­ gepreßt, so daß dadurch der umlaufende Zahnkranz gebildet wird. Hierbei ist eine Kopplung zwischen dem umlaufend ange­ triebenen Werkstück und dem umlaufend angetriebenen Form­ werkzeug, nämlich der Zahnrolle, erforderlich, was bei dem bekannten Vorschlag durch eine Kette erfolgt. Die Synchroni­ sation des umlaufend angetriebenen Werkstückes und des um­ laufend angetriebenen Werkzeuges erfordert hohe Kräfte und ein ständiges Nachregulieren der Stellung der beiden Bauteile zueinander.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Synchronisation des Werkstückes mit dem Werkzeug nicht mehr notwendig ist und die Herstellung des Getriebeteiles kostengünstig erfolgen kann, wobei Gefügeveränderungen im Zahnbereich des hergestellten Getriebes vermieden werden. Weiterhin soll eine Nachbearbei­ tung der hergestellten Werkstücke weitgehend vermieden werden.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Lehre des Hauptanspruches gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Vorrichtungsansprü­ chen 4 und 5 erläutert und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtungsansprüche in den Unteransprüchen 6 bis 8.

Mit anderen Worten ausgedrückt wird also vorgeschlagen, daß eine an sich frei drehbare Zahnrolle als Formrolle eingesetzt wird, die sich aber während der Bildung der Zähne nicht auf die Spindel-Vorsetzerachse X-X in radialer Richtung zu bewegt, sondern ortsfest zur Achse X-X positioniert ist, so daß die zu bildenden Zähne nicht durch die Zahnrolle in das Werkstück eingepreßt werden, sondern das Material des Werkstückes in die Zahnrolle einfließt. Hierbei kann von einer Ronde ausge­ gangen werden, die in ihrem Randbereich verdickt wird, wobei dann die Verdickung durch aufeinanderzufahrende Druckrollen in die Zahnräume der Zahnrolle als Formrolle eingepreßt werden oder es kann auch eine Ronde eingesetzt werden, die lediglich in ihrem Randbereich durch die beiden Drückrollen zu­ sammengedrückt wird, wobei beim Zusammendrücken das Material in die Zähne der Formrolle eingepreßt werden. Ein solches Werkstück kann beispielsweise als Kettenrad eines Fahrrades eingesetzt werden.

Schließlich ist es möglich, von einem Vorzug auszugehen, des­ sen Randbereich, d. h. also der zylindrische Topfbereich des Vorzuges, durch Kollapsen umgeformt wird, wobei während des Kollapsens das Material in die Räume der Zähne der Zahnrolle einfließen kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an hand der Zeichnungen erläutert.

Die Zeichnungen zeigen dabei in

Fig. 1 schaubildlich, aber relativ schematisch eine An­ ordnung zur Bildung eines verzahnten Getriebe­ teiles aus einer Ronde im Ausgangszustand, in

Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1, nachdem der Rand­ bereich der Ronde verdickt ist, in

Fig. 3 die Anordnung gemäß Fig. 1 und 2, nachdem die Formrolle an den Außenumfang der verdickten Ronde herangefahren ist und in

Fig. 4 in einer teilweise geschnittenen Darstellung die zusammengefahrenen Druckrollen und den in die Zahnräume der Zahnrolle eingepreßten verzahn­ ten Randbereich, in

Fig. 5 schematisch eine Ausführungsform mit einge­ setztem Vorzug als Werkstück und in

Fig. 6 eine Darstellung gemäß Fig. 5, bei welcher der Randbereich des Vorzuges kollapst und in die Zahnräume der Formrolle eingeführt ist.

In den Zeichnungen ist bei 1 eine Spindel und bei 2 ein abge­ hobener Vorsetzer dargestellt. Die Spindel 1 trägt an ihrer Oberseite ein Werkstück 3, das als Ronde 8 ausgebildet ist. Bei 4 ist eine in Richtung des Pfeiles F₄ an das Werkstück 3 heran­ fahrbare Bordier- oder Stauchrolle dargestellt. Eine Zahnrolle 5 ist in Richtung des Pfeiles F₅ an das Werkstück 3 heranfahrbar, wobei aber die Zahnrolle 5 um ihre Achse 14 frei drehbar in entsprechenden Trägern 15 und 16 gelagert ist.

Gegenüber der Zahnrolle 5 sind zwei Druckrollen 6 und 7 dar­ gestellt, die in Richtung der Pfeile F₆ und F₇ aufeinanderzu und voneinanderweg beweglich sind. Die Ausbildung der Bor­ dier- oder Stauchrolle 4 bzw. mehrerer Rollen kann den Er­ fordernissen entsprechend gestaltet sein, d. h. beispielsweise halbrund, so wie in Fig. 1 dargestellt, aber auch andere Formen sind durchaus möglich. Insbesondere kann die Bordier- oder Stauchrolle 4 so gestaltet sein, daß die erzielte Verdickung symmetrisch zur Ebene der Ronde 8 ausgebildet ist oder zur einen oder anderen Seite gestaltet wird, je nachdem, welche Form des Zahnrades erreicht werden soll. So wird beispiels­ weise dann, wenn ein Starterkranz hergestellt werden soll, die Verdickung so gestaltet, daß der gebildete Zahnkranz sich im wesentlichen senkrecht zur einen oder anderen Seite der Nabenfläche des Getriebeteiles erstreckt. Auch kann der gebil­ dete Zahnkranz mittig zur Nabenfläche des Getriebeteiles aus­ gerichtet sein.

In gleicher Weise ist es möglich, die Wirkflächen der Druckrol­ len 6 und 7 so zu gestalten, daß beispielsweise die aus den Zeichnungen ersichtliche Anfasung vorgesehen wird. Auch hier sind andere Gestaltungsmöglichkeiten gegeben.

Fig. 2 zeigt, daß die Bordierrolle 4 an die Ronde 8 herangefah­ ren ist und deren Rand halbkreisförmig verformt, d. h. verdickt hat. Sowohl die Zahnrolle 5 wie auch die Druckrollen 6 und 7 stehen in ihrer Ausgangsposition gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt, daß nunmehr als nächster Schritt die Zahnrolle 5 an den Außenumfang der verdickten Ronde 8 in radialer Richtung herangefahren ist und diesen berührt. Im weiteren Arbeitsver­ fahren bleibt aber die Zahnrolle 5 in dieser Stellung stehen, d. h. wird nicht in das Material der Ronde 8 hinein verfahren.

Wird nunmehr, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist, der verdickte Randbereich der Ronde 8 durch die Druckrollen 6 und 7 zu­ sammengepreßt, fließt das Material des verdickten Randberei­ ches der Ronde 8 in die Räume zwischen den vorstehenden Zähnen der Zahnrolle 5 und bildet das außen verzahnte Getrie­ beteil.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist wiederum eine Spin­ del 1 und ein Vorsetzer 2 dargestellt, die zwischen sich ein Werkstück 3 festlegen, das als Vorzug 9 ausgebildet ist. Der Vorzug 9 ist also ein zylindrisches, topfförmiges Teil, dessen äußere Randkanten in einem Kollapsring 10 zentriert sind, der in Richtung des Pfeiles F₁₀ in Fig. 5 verfahrbar ist. Eine Form­ rolle 17 erzeugt durch radiales Zustellen eine oder mehrere Sollknickstellen, auch Kollapslinien 18 und 19 genannt.

Die Oberseite des Werkstückes 3 wird durch eine Stützrolle 12 abgestützt. Hierbei ist es aber auch möglich, daß der Vorsetzer 2 eine solche Größe aufweist, daß er gleichzeitig als Stützrolle für die Randkanten des Vorzuges 9 dient. Auch können zwei oder mehrere Stützrollen vorgesehen sein. Bei 5 ist die Zahn­ rolle dargestellt. Wird nunmehr - wie in Fig. 6 dargestellt - der topfförmige Randbereich des Vorzuges 9 durch den Kollapsring 10 kollapst, wölbt er sich nach außen - wie in Fig. 6 links dar­ gestellt - wobei dieser gewölbte Bereich dann, wenn er in den Bereich der Zahnrolle 5 gelangt in die Räume zwischen den Zähnen der Zahnrolle 5 einfließt, d. h. also die Zähne werden dadurch gebildet, daß sie in die zwar drehbare, aber in Rich­ tung auf die Vorsetzer-Spindelachse X-X feststehende Rolle eingeformt werden. Durch ständiges Zustellen des Kollapsringes 10 bis zur Endposition werden derart die Zähne gebildet.

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die dargestellten Ausführungsformen lediglich schematische Darstellungen zur Verdeutlichung der Arbeitsvorgänge sind. Zusätzliche Rückhal­ terollen, um Gradbildungen zu vermeiden und zusätzliche Stütz­ rollen, um ein Ausweichen des Materials während der Formvor­ gänge zu verhindern, können selbstverständlich vorgesehen sein.

Getrennte, auf einzelnen Maschinen durchgeführte Verfahrens­ schritte können vorteilhaft sein. So kann das Aufnahmewerk­ zeug optimal dem zu erzielenden Werkstück und dem jeweiligen Verfahrensschritt angepaßt sein. Entsprechend der Stärke der Ronde können mehrere Bordier- oder Verdickungsrollen einge­ setzt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines außen verzahnten Getriebe­ teiles aus einem als Ronde oder Vorzug vorliegenden metalli­ schen Werkstück, wobei das Getriebeteil mit einer Nabenfläche und daran nach außen vorstehenden Zähnen ausgebildet ist und das Werkstück in seinem Umfangsbereich flachgedrückt und die Zähne in einer Zahnrolle spanlos geformt werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die frei drehbar gelagerte Zahnrolle während der durch Flachdrücken des Werkstückes erfolgenden Bildung der Zähne in radialer Richtung auf die Spindel-Vorsetzerachse (X-X) hin ortsfest eingestellt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstücksrand einer Ronde vor dem Flachdrücken bordiert oder verdickt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Werkstückrand eines topfförmigen Vorzuges in Richtung der Spindel-Vorsetzerachse X-X kollapst und der kollapste Bereich in der drehbaren, aber in radialer Richtung ortsfest feststehenden Zahnrolle geformt wird.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer das Werkstück zwischen einer Spindel (1) und einem Vorsetzer (2) festlegenden Aufnahmevorrichtung und einer Zahnrolle (5), gekennzeichnet durch zwei den Rand des Werk­ stückes (3) zwischen sich flachdrückenden Druckrollen (6, 7) und die Einstellung der Zahnrolle (5) in radialer Richtung ortsfest der­ art, daß die Zahnkopflinie der Zahnrolle (5) am Außenumfang des Werkstückes (3) vor dessen Flachdrücken anliegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Bordier- oder Stauchrollen (4) zum Verdicken des Randes des z. B. als Ronde (8) vorliegenden Werkstückes.

6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 3 mit einer das Werkstück zwischen einer Spindel (1) und einem Vorsetzer (2) festlegenden Aufnahmevorrichtung und einer Zahnrolle (5), gekennzeichnet durch einen Kollapsring oder ein Kollapsfutter (10), das in Richtung der Spindel-Vorsetzerachse (X-X) verfahrbar ist und die Einstellung der Zahnrolle (5) in ra­ dialer Richtung ortsfest derart, daß die Zahnkopflinie der Zahn­ rolle (5) an der Zahnfußlinie des zu bildenden verzahnten Ge­ triebeteiles liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Vor­ formrolle (17) zur Erzeugung der Kollapslinien (18) und (19).

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine oder mehrere an der Oberseite des Vorzuges (9) anliegende Stützrollen (12) oder einen Stützring.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kollapsfutter oder der Kollapsring (10) während der Zahnbildung als Stützfutter wirkt.